高低壓自動加熱控制系統(tǒng)設(shè)計

徐秋敏　　郭　旭　王　毓　王慧萍（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽　　110043）

高低壓自動加熱控制系統(tǒng)設(shè)計

徐秋敏郭旭王毓王慧萍
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043）

摘要：高低壓自動加熱裝置是高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱設(shè)備，其控制系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)高低壓加熱體的自動加熱控制及相應(yīng)的故障保護(hù)功能和報警功能。在本控制系統(tǒng)中，將高壓部分和低壓部分設(shè)計成兩個獨(dú)立的控制柜，以提高設(shè)備的使用效率。

關(guān)鍵詞：自動加熱；智能調(diào)節(jié)器；溫度測量；PID

目前，現(xiàn)場使用的加熱設(shè)備是將高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱部分集成在一個控制柜中，這樣就不能對兩個相距較遠(yuǎn)的高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子同時進(jìn)行加熱，使用起來具有局限性。且現(xiàn)用加熱裝置中高低壓加熱體的工作電壓為AC220V，存在一定的安全隱患。為此，為了提高加熱裝置的的使用率，在本控制系統(tǒng)中將高壓部分和低壓部分分別設(shè)計成兩個獨(dú)立的控制柜體，并將高低壓加熱體的工作電壓設(shè)置在DC48V，大大提高了系統(tǒng)的安全性。

1高低壓自動加熱裝置電氣控制系統(tǒng)的工作原理

高低壓自動加溫裝置控制系統(tǒng)在實現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子按工藝要求自動加熱功能的同時，還要具備多種故障保護(hù)功能。且完成加熱工作或溫度過高時，系統(tǒng)會自動停止加熱并發(fā)出報警信號。另外，在緊急情況下，控制系統(tǒng)還要具備緊急停止功能。

高低壓自動加熱裝置控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題在于溫度測量的準(zhǔn)確性和加熱器溫度控制精確性、穩(wěn)定性。

1.1溫度測量

在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器，其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度最高，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

熱電阻是利用其電阻值隨溫度變化而變化這一原理將溫度量轉(zhuǎn)換成電阻量的溫度傳感器。通過給熱電阻施加一已知激勵電流測量其兩端電壓的方法，測得電阻值，之后再根據(jù)溫度曲線將電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，從而實現(xiàn)溫度測量。

本控制系統(tǒng)采用熱電阻進(jìn)行溫度測量，每個加熱體設(shè)有兩個熱電阻，提高溫度測量的可靠性。

1.2PID控制技術(shù)

在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其他技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或者自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。

在本控制系統(tǒng)中，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，使用智能調(diào)節(jié)器對控制溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高低壓加熱體的自動加熱控制。

綜上，高低壓自動加熱裝置控制系統(tǒng)是以熱電阻測溫原理為基礎(chǔ)，以高精度的智能調(diào)節(jié)器為控制核心的自動控制系統(tǒng)。它采用精確度較高的熱電阻測溫法測量加熱體的時時加熱溫度，利用智能調(diào)節(jié)器對測量的溫度參數(shù)進(jìn)行PID參數(shù)整定，找到最佳的控制量，實現(xiàn)自動加熱控制功能。當(dāng)達(dá)到計時時間時，系統(tǒng)會自動停止加熱。在加熱溫度超過工藝要求溫度的上限時，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警信號。

2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及工作過程

高低壓自動加熱裝置控制系統(tǒng)的高壓部分和低壓部分是相互獨(dú)立的兩個控制系統(tǒng)，主要由加熱器、溫度測量部分和控制柜組成，其中控制柜主要包括電源部分、智能溫控儀、報警部分、冷卻部分、指示部分、計時部分、故障保護(hù)部分及控制開關(guān)部分，其控制框圖如圖1所示。

設(shè)備通電后，電源指示燈亮，之后按照要求對調(diào)節(jié)器和計時器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；按下加熱啟動按鈕，加熱指示燈亮，加熱器開始工作；當(dāng)溫度初次達(dá)到工作溫度的下限時，計時器開始計時；當(dāng)溫度達(dá)到工作溫度的上限了，系統(tǒng)發(fā)出指令，加熱器停止加熱；當(dāng)溫度降到溫度下限時，系統(tǒng)將發(fā)出加熱指令，加熱器自動繼續(xù)加熱；如此反復(fù)；計時器達(dá)到設(shè)置時間，停止加熱管工作，并發(fā)出報警信號；按下加熱停止按鈕時，加熱指示燈滅，加熱器停止加熱；加熱的過程中，若加熱溫度超過溫度上限，系統(tǒng)會自動停止加熱，并發(fā)出聲光報警信號；系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕，在緊急情況下，按下緊急停止按鈕，系統(tǒng)將切斷加熱電源，確保安全。

圖1　高低壓自動加熱裝置控制系統(tǒng)框圖

結(jié)語

高低壓自動加熱裝置控制系統(tǒng)分為高壓控制柜和低壓控制柜兩個相互獨(dú)立的部分，采用熱電阻測溫方法，通過智能溫控儀對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行整定，并根據(jù)整定結(jié)果控制加熱器的加熱工作，將加熱溫度控制在要求范圍內(nèi)，實現(xiàn)加熱器的自動加熱控制功能。同時，控制系統(tǒng)還具有多種故障保護(hù)功能和超溫報警功能。

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中圖分類號：TP202

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A